真空抬包設(shè)計(jì)大速比傾包系統(tǒng)設(shè)計(jì)【含7張圖紙】
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中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)前 言眾所周知,鋁資源是鋁業(yè)乃至國家鋁工業(yè)的生存之基本和發(fā)展之本。是中國鋁業(yè)如何實(shí)現(xiàn)鋁礦資源持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng),是中圍鋁工業(yè)在市場競爭中求得生存并實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須要解決的重大課題。我國氧化鋁工業(yè)的產(chǎn)量山l999年的1461萬噸增至2004年的700萬噸,午均增幅為2708。但是,隨著國內(nèi)新建氧化鋁企業(yè)生產(chǎn)能力的不斷釋放,市場競爭同趨激烈。自中國加入世界貿(mào)易組織后,逐漸實(shí)現(xiàn)了貿(mào)易白由化,進(jìn)口氧化鋁隨著關(guān)稅的逐步降低,配額等數(shù)量限制措施的消除都導(dǎo)致我國氧化鋁企業(yè)受到國外氧化鋁企業(yè)的沖擊。隨著氧化鋁生產(chǎn)能力的提高,鋁土礦一氧化鋁一電解鋁產(chǎn)業(yè)鏈中的瓶頸逐漸向鋁土礦轉(zhuǎn)移。在氧化鋁的產(chǎn)量規(guī)模方面,我國一直遵循穩(wěn)步提高的原則。但近幾年來,我國氧化鋁的增長速度明顯加快。20002004年,氧化鋁產(chǎn)量從432萬噸增長到700萬噸,年均增幅為123,但是仍然難以滿足鋁業(yè)的要求,因此,從2001年開始,我圍氧化鋁進(jìn)口量每年都以100萬噸的速度遞增。2004年我國共進(jìn)口587萬噸氧化鋁,達(dá)到當(dāng)年同內(nèi)氧化銷產(chǎn)茸的83,是當(dāng)年國內(nèi)氧化鋁需求的45,比2000年我國進(jìn)口氧化鋁188萬噸增張399萬噸,累計(jì)增加2l3。但是隨著我國氧化鋁產(chǎn)量的逐漸提高,氧化鋁進(jìn)口增幅正在下降。2006年前5 個(gè)月我國氧化鋁產(chǎn)量98.8萬 噸,同比增長4933,其中非中鋁公司,產(chǎn)量為988萬噸,同比增長678。同期 氧化鋁進(jìn)口量278萬噸,同比下降852,特別自3月份以來,連續(xù)3個(gè)月出現(xiàn)口氧化鋁負(fù)增長。與此同時(shí),中國氧化鋁的出口量在不斷增加。有報(bào)告顯示,中圍將在2008年成為氧化鋁的純出口國。真空抬包是電解鋁冶煉過程中的一個(gè)重要設(shè)備,主要功能是將鋁電解槽中的電解鋁液吸出并倒運(yùn)至混合爐,本抬包適用于鋁鑄造行業(yè),既可直接采用負(fù)壓吸鋁,也可通過噴射器利用壓縮空氣抽真空吸鋁,抬包減速機(jī)為手動(dòng)、電動(dòng)兩種操作均可,并可采用爪式離合器進(jìn)行切換,抬包包襯采用重質(zhì)澆注料整體澆注,強(qiáng)度高,使用壽命長。包體上焊接固定有噴嘴、吸鋁管和出鋁口,吊裝總成連接機(jī)架,機(jī)架上裝有傳動(dòng)機(jī)構(gòu),包蓋上鎖緊裝置采用肘節(jié)式壓緊,包蓋側(cè)板與連接板一端鉸接,連接板另一端與肘節(jié)式把手鉸接,肘節(jié)式把手前端與T型導(dǎo)桿橫邊一端固定連接,導(dǎo)桿橫邊另一端與側(cè)板鉸接,導(dǎo)桿堅(jiān)邊裝有螺栓,包蓋上與螺栓對(duì)應(yīng)處固定有凸臺(tái)。真空抬包系統(tǒng),結(jié)構(gòu)簡單,性能好,容積大,大大提高生產(chǎn)率,降低成本,非常適用于電解鋁生產(chǎn)線。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)中原鋁業(yè)河南分公司機(jī)械制造分公司的真空抬包系統(tǒng),在原有的基礎(chǔ)之上及廠里工程技術(shù)人員和老師的指導(dǎo)下進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì),得到現(xiàn)在的設(shè)計(jì)成果。以降低產(chǎn)品成本,最大的發(fā)揮原有產(chǎn)品的效能,提高產(chǎn)品的競爭力,提高經(jīng)濟(jì)效益,以適應(yīng)競爭日益激烈的市場,為企業(yè)創(chuàng)造效益。也使我們的設(shè)計(jì)水平得到提高,提高了動(dòng)手及創(chuàng)造的能力,是理論與實(shí)踐的結(jié)合,使大家明確設(shè)自己設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)原則,為日后的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。 編者 2011年6月27中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)1.項(xiàng)目分析11真空抬包系統(tǒng)現(xiàn)有情況:真空抬包是電解鋁冶煉過程中的一個(gè)重要設(shè)備,其主要功能是將電解槽中的電解鋁液吸出并倒運(yùn)至混合爐,是轉(zhuǎn)運(yùn)鋁水的重要設(shè)備。真空抬包能夠?qū)㈦娊獠壑械碾娊怃X液吸出并倒運(yùn)到混合爐后澆鑄成鋁錠。該設(shè)備維護(hù)費(fèi)用低、安全性高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn),一次可吸取幾個(gè)電解槽內(nèi)的鋁液并直接送至混合爐,無需中途轉(zhuǎn)澆包倒運(yùn),鋁液熱量損失小。該抬包采用正壓噴射吸鋁,改變了傳統(tǒng)的負(fù)壓直接吸鋁,消除了負(fù)壓吸鋁對(duì)真空系統(tǒng)的危害,由于其可與電解槽共用一個(gè)氣源,可省去整套真空系統(tǒng),減少崗位配置,降低設(shè)備維護(hù)、檢修費(fèi)用,節(jié)約運(yùn)行中的電費(fèi)開支。中國鋁業(yè)河南分公司電解廠原電解槽為60kA自焙槽,年產(chǎn)鋁量為3萬噸,采用容重為2噸的真空抬包來吸鋁,并配合5噸的敞口包來倒運(yùn)即可滿足生產(chǎn)的需要。隨著電解技改擴(kuò)建項(xiàng)目的完成,電解槽變?yōu)?5kA預(yù)焙槽,電解廠年產(chǎn)鋁量為5萬噸,為解決鋁液抽吸運(yùn)轉(zhuǎn)效率低下、鋁液熱量損失大的問題,需要研發(fā)容重為 46 噸無需中轉(zhuǎn)澆包倒運(yùn)的真空抬包。隨著國內(nèi)一些大型預(yù)焙電解槽的研發(fā)成功,電流已陸續(xù)提高至160kA.200kA.280kA.320kA,電解槽產(chǎn)鋁量大增,小型吸鋁真空抬包已不能滿足生產(chǎn)的需要。12 本次設(shè)計(jì)改進(jìn)所要解決的問題:吸鋁真空抬包在外形上一般為普通傾注式錐桶形真空抬包,在結(jié)構(gòu)上可分為包體、人孔、吊架、吸鋁管、減速機(jī)及真空管等幾部分,減速機(jī)可以手動(dòng)操作。真空抬包主要用于電解鋁廠,工作時(shí)直接采用負(fù)壓吸鋁,需要單獨(dú)配置一套真空系統(tǒng),由于吸入空氣溫度較高,真空泵一般采用水環(huán)真空泵,設(shè)備配置價(jià)高。抬包的清渣、檢修及砌包襯均通過人孔進(jìn)行,極為不便。為提高使用效率,使用時(shí)往往需要大型敞口澆包配合使用,這樣會(huì)帶來鋁液熱量的損失。而需解決這些問題所采用的方法是:包蓋與包體的密封及防變形措施。對(duì)于大型吸鋁真空抬包,包體直徑較大,包蓋與包體法蘭采用凸凹止口密封,密封件為石棉盤根。由于包蓋與包體受熱不均以及包體在起吊時(shí)的受力不均,容易導(dǎo)致包蓋與包體法蘭止口錯(cuò)位,從而引起密封不嚴(yán)。對(duì)于這個(gè)問題,一方面要加強(qiáng)包體與包蓋強(qiáng)度,包體與包蓋均需加筋,采用厚法蘭。另一方面要采用合理的密封方式,可將包蓋法蘭嵌入至包體法蘭內(nèi),形成雙重止口密封,一旦小止口密封失效,可啟用大止口密封。包襯及吸鋁管使用壽命。對(duì)于小型吸鋁真空抬包,由于其直徑小、高度低,采用耐火磚砌包襯,其強(qiáng)度足可滿足其使用壽命,對(duì)于大型吸鋁真空抬包,由于其容積大,包襯必需采用澆注料整體澆注,其強(qiáng)度才可滿足使用壽命。吸鋁管屬耗損件,為提高其使用壽命,可采用耐溫900以上的耐熱鐵鑄造,并需進(jìn)行熱處理,耐熱鐵材質(zhì)中Si含量不可過高,以防止和電解槽中的氟化鹽發(fā)生化學(xué)反應(yīng),影響吸鋁管使用壽命。轉(zhuǎn)軸位置的確定及傾轉(zhuǎn)力矩的計(jì)算。對(duì)于大型吸鋁真空抬包,由于采用電動(dòng)操作,從操作安全的觀點(diǎn)出發(fā),轉(zhuǎn)軸位置應(yīng)高于空包和滿包的重心。抬包傾轉(zhuǎn)力矩M 包括空抬包包體所引起的轉(zhuǎn)矩M1,以及在澆注過程中由于鋁液不斷傾出,余留在抬包內(nèi)的鋁液所引起的轉(zhuǎn)矩M2,此外還有轉(zhuǎn)軸與其軸頸的摩擦力矩M3,三者均為轉(zhuǎn)角的函數(shù)。M=M1+M2+M32真空抬包總體設(shè)計(jì)基本方案 1外形為圓柱狀,方便制作、節(jié)省材料,與同體積錐桶形真空抬包相比,散熱面積小,有利于保溫。雖然錐桶形抬包比圓柱狀抬包更有利于清理熔渣及殘余鋁液,但對(duì)于大容積抬包清除殘?jiān)演^為方便。2采用茶壺式澆包的結(jié)構(gòu)形式,鋁液從包底澆出,熔渣被擋在包內(nèi),撇渣效果好。抬包帶包蓋,包蓋與包體采用活節(jié)螺栓連接,固定方便。包蓋與包底封頭采用平底封頭。抬包大修、清渣、砌包襯均可開蓋進(jìn)行,十分方便??紤]到抬包的少量清渣、日常檢修以及解決抬包在使用間歇中自身散熱的問題,在包蓋上設(shè)立了人孔。3包嘴蓋設(shè)計(jì)成快開的結(jié)構(gòu)形式,包嘴蓋與包口管鉸接,并采用搭扣來控制包嘴蓋的開啟與關(guān)閉,使用安全方便。4采用噴射器利用壓縮空氣抽真空吸鋁??紤]到電解槽工作時(shí),打殼下料、母線提升等工序均采用壓縮空氣工作,因此可與電解槽共用一個(gè)氣源,減少設(shè)備配置。5噴射器由工作噴嘴、負(fù)壓室、擴(kuò)壓管、接收室、消聲器等組成,壓縮空氣通過收縮的噴嘴后,在負(fù)壓室內(nèi)形成一束高速射流,吸卷負(fù)壓室內(nèi)的空氣一起進(jìn)入擴(kuò)壓管,在擴(kuò)壓管內(nèi)減速擴(kuò)壓后進(jìn)入接收室,最后在接收內(nèi)消音后排出至大氣。6減速機(jī)是抬包的傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),由于抬包容積的增大,自重及盛鋁量均增大,抬包的傾轉(zhuǎn)力矩增大,手動(dòng)傾轉(zhuǎn)費(fèi)力、效率低而且不安全,該減速機(jī)在結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)為手動(dòng)與電動(dòng)均可,正常操作為電動(dòng),手動(dòng)為檢修和突發(fā)事故時(shí)用,手動(dòng)與電動(dòng)的切換采用爪式離合器,切換迅速方便,安全可靠。該減速機(jī)電動(dòng)為三級(jí)蝸輪蝸桿減速,手動(dòng)為兩級(jí)蝸輪蝸桿減速,減速比大。3大速比傾包系統(tǒng)設(shè)計(jì)31 傾轉(zhuǎn)力矩的分析: 抬包傾轉(zhuǎn)力矩包括空抬包包體所引起的轉(zhuǎn)矩,以及在澆注過程中由于鋁液不斷傾出,余留在抬包內(nèi)的鋁液所引起的轉(zhuǎn)矩,此外還有摩擦力矩等。311 空包包體的傾轉(zhuǎn)力矩 當(dāng)空包包體繞與其重心不重合的軸由直立位置轉(zhuǎn)過角度后,如圖所示,此時(shí)空抬包包體的中心對(duì)轉(zhuǎn)軸的傾轉(zhuǎn)力矩為: 圖為空包包體的傾轉(zhuǎn)力矩 公式中 Gk為空抬包包體總重量Kgg為重力加速度9.8m/su為包腔底至轉(zhuǎn)軸中心的距離mYk為包腔底至空抬包包體重心的距離m空抬包包體包括金屬殼體和搪襯兩部分。為了簡化計(jì)算 ,當(dāng)計(jì)算其重量和重心位置時(shí)可不考慮轉(zhuǎn)軸 、轉(zhuǎn)軸板、以及加強(qiáng)帶 。因?yàn)檫@幾部分基板上與轉(zhuǎn)軸軸心對(duì)稱 ,在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)傾轉(zhuǎn)力矩影響不大??蓪w分為幾個(gè)簡單幾何形體 ,依次計(jì)算各部分的重量及重心座標(biāo) ,再按組合形體求其總重量及總重心。312 余留鋁液的傾轉(zhuǎn)力矩抬包在澆注過程中,鋁液從抬包中逐漸流出,余留鋁液的重量不斷減少,其重心位置不斷變化,因此余留鋁液的傾轉(zhuǎn)力矩是按復(fù)雜規(guī)律而變化的。抬包的澆注狀態(tài)如圖所示。為簡化計(jì)算,忽略包嘴中鋁液對(duì)抬包傾轉(zhuǎn)力矩的影響,其澆注狀態(tài)如圖所示。圖為余留鋁液澆注狀態(tài)圖為簡化后余留鋁液澆注狀態(tài)抬包中余留鋁液對(duì)轉(zhuǎn)軸的力矩M2為: 式中力臂則 (N m)式中 V為抬包中余留鋁液的體積 為鋁液密度 2.2Kg/ u為包腔底至轉(zhuǎn)輪中心的距離 m g為重力加速度 / 為余留鋁液重心的坐標(biāo) m關(guān)于余留鋁液的體積及重心坐標(biāo)計(jì)算分兩中情況如圖所示A未現(xiàn)底時(shí): B現(xiàn)底后; 式中 H為包腔底至包澆口的距離 m B為包腔壁至包澆口的距離 m R為包腔半徑 m313 摩擦力矩 摩擦力矩主要產(chǎn)生于轉(zhuǎn)軸與其軸頸之間的摩擦,在干摩擦情況下,摩擦力矩為: 式中 為空抬包的重量 kg 為抬包中余留金屬液的重量 kg 為重利加速度 為轉(zhuǎn)軸直徑 m 為摩擦系數(shù),干摩擦?xí)rf約等于0.15,有潤滑時(shí)f約為0.05-0.10314 結(jié)論分析 真空抬包的總傾轉(zhuǎn)力矩為: 以上為真空抬包傾轉(zhuǎn)力矩的理論計(jì)算過程分析,傾轉(zhuǎn)力矩M為轉(zhuǎn)角的函數(shù),但計(jì)算過程比較復(fù)雜,實(shí)際設(shè)計(jì)中根據(jù)所得到的最大傾轉(zhuǎn)力矩即可進(jìn)行抬包傾轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)中可在原有的基礎(chǔ)之上對(duì)同類設(shè)備采用類比的方法得到,理論計(jì)算過程可以對(duì)類比得到的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。32 減速機(jī)構(gòu)的分析321蝸輪蝸桿減速機(jī)介紹:蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng),兩軸線間的夾角可為任意值,常用的為90。這種傳動(dòng)由于具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、傳動(dòng)平穩(wěn)以及在一定的條件下具有可靠的自鎖性等優(yōu)點(diǎn),它廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械及其它機(jī)器或設(shè)備中。蝸桿蝸輪傳動(dòng)是由交錯(cuò)軸斜齒圓柱齒輪的輪齒分度圓柱面上纏繞一周以上,這樣的小齒輪稱為蝸輪。為了改善嚙合狀況,將蝸輪分度圓柱面的母線改為圓弧形,使之將蝸桿部分地包住,并用與蝸桿形狀和參數(shù)相同的滾刀范成加工蝸輪,這樣齒廓間為線接觸,可傳遞較大的動(dòng)力。蝸桿蝸輪傳動(dòng)的特征:其一,它是一種特殊的交錯(cuò)軸斜齒輪其二,它具有螺旋傳動(dòng)的某些特點(diǎn),蝸桿相當(dāng)于螺桿,蝸輪相當(dāng)于螺母,蝸輪部分地包容蝸桿。蝸桿傳動(dòng)的類型按蝸桿形狀的不同可分:1圓柱蝸桿傳動(dòng)-普通圓柱蝸桿(阿基米德蝸桿、漸開線蝸桿、法向直廓蝸桿、錐面包絡(luò)蝸桿)和圓弧蝸桿。 2環(huán)面蝸桿傳動(dòng) 3錐蝸桿傳動(dòng)錐蝸桿動(dòng)蝸輪蝸桿減速機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)勢性能:1、機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊、體積外形輕巧、小型高效;2、熱交換性能好,散熱快;3、安裝簡易、靈活輕捷、性能優(yōu)越、易于維護(hù)檢修;4、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小,經(jīng)久耐用;5、適用性強(qiáng)、安全可靠性大。本產(chǎn)品目前已廣泛應(yīng)用于各類行業(yè)生產(chǎn)工藝裝備的機(jī)械減速裝置,是目前現(xiàn)代工業(yè)裝備實(shí)現(xiàn)大扭矩,大速比低噪音、高穩(wěn)定機(jī)械減速傳動(dòng)控制裝置的最佳選擇。蝸桿傳動(dòng)是在空間交錯(cuò)的兩根軸間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu),兩軸線交錯(cuò)的夾角可為任意值,常用的為90度。這種傳動(dòng)具有以下特點(diǎn),故使用非常廣泛。(1)當(dāng)使用單頭蝸桿時(shí),蝸桿旋轉(zhuǎn)一周,蝸輪只轉(zhuǎn)國一個(gè)齒距,因而能實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比。在動(dòng)力傳動(dòng)中,一般傳動(dòng)比i=580;在分度機(jī)構(gòu)或手動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)中,傳動(dòng)比可以達(dá)到300;若只傳遞運(yùn)動(dòng),傳動(dòng)比可以達(dá)到1000。由于傳動(dòng)比大,零件數(shù)目又少,因而結(jié)構(gòu)很緊湊。(2)在蝸桿傳動(dòng)中,由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒,它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的,同時(shí)嚙合的齒對(duì)又較多,故沖擊載荷小,傳動(dòng)平穩(wěn),噪聲低。(3)當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)蝸桿傳動(dòng)具有自鎖性。(4)當(dāng)蝸桿傳動(dòng)與螺旋齒輪傳動(dòng)相似,在嚙合處有相對(duì)滑動(dòng)。當(dāng)滑動(dòng)速度很大,工作條件不夠良好時(shí),會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的摩擦一磨損,從而引起過分發(fā)熱,使?jié)櫥闆r惡化。因此摩擦損失較大,效率低;當(dāng)傳動(dòng)具有自鎖性時(shí),效率僅為0.4左右。同時(shí)由于摩擦與磨損嚴(yán)重,常需耗用有色金屬制造蝸輪,以便與鋼制蝸桿配對(duì)組成摩擦性能良好的滑動(dòng)摩擦副。由于蝸桿蝸輪傳動(dòng)具有以上特點(diǎn),故常用于兩軸交錯(cuò)、傳動(dòng)比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。當(dāng)要求傳遞較大功率時(shí),為提高傳動(dòng)效率,常取z12-4。此外,由于當(dāng)1較小時(shí)傳動(dòng)具有自鎖性,故常用在卷揚(yáng)機(jī)等起重機(jī)械中,起安全保護(hù)作用。它還廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車、儀器、冶金機(jī)械及其它機(jī)器或設(shè)備中; 利用蝸桿傳動(dòng)傳動(dòng)比大省力的特點(diǎn),以及它的自鎖性能,在起重機(jī)械中廣泛應(yīng)用。 322傳動(dòng)比的分配:根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用及原有產(chǎn)品的情況,減速機(jī)采用3級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng),可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和電動(dòng)兩檔變換。共有3對(duì)蝸輪蝸桿,第一對(duì)蝸桿頭數(shù)為3蝸輪齒數(shù)為45:第二對(duì)蝸桿頭樹為1蝸輪齒數(shù)為40;第三對(duì)蝸桿頭數(shù)為2蝸輪齒數(shù)為31。電動(dòng)檔減速比為9300,手動(dòng)檔減速比為620。手動(dòng)檔時(shí),第一對(duì)蝸輪蝸桿沒有工作,只有二三對(duì)蝸輪蝸桿在工作。蝸桿頭數(shù): 3 1 2 聯(lián)軸器 軸承效率: 0.85 0.7 0.8 0.99 0.98323電動(dòng)機(jī)的選擇:根據(jù)工廠原有設(shè)備的工作情況,以及我們?cè)趯?shí)習(xí)過程中所收集的數(shù)據(jù)以及工廠的經(jīng)驗(yàn),在工程技術(shù)人員的指導(dǎo)下,我們采用類比的方法初步選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y112M-4 額定功率為為4KW 滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩為2.2 KW 最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩為 2.2KW。電動(dòng)機(jī)校核:電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)時(shí),減速比為i=9300 傾包轉(zhuǎn)速w=2n/60i=23.141440609300=0.01621(rad/s)設(shè)備總轉(zhuǎn)矩49009.80.00425=204.8550009.80.60125=29461.250.5(4900+5000)9.80.10.1=485.1所以M估算=204.85+29461.25+485.1=30151.2設(shè)備總效率Y=0.990.850.70.80.980.980.980.980.84=0.365P電機(jī)估算=M估算wY=30151.20.016210.365=1339.05wP=4KW故所選電機(jī)滿足要求324蝸輪蝸桿設(shè)計(jì):根據(jù)GB/T10085 -1988 中的推薦,采用普通圓柱蝸桿ZA型。根據(jù)工廠實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并考慮蝸桿傳遞功率不是很大,速度只是中等,故蝸桿用40Cr,因希望效率高些,耐磨性好些,故蝸桿螺旋面要求淬火,硬度大于45HRC。蝸桿用ZQAL9-4金屬模鑄造,為節(jié)約有色金屬僅輪緣用鑄錫磷青銅,而輪芯用灰鑄鐵HT300鑄造。第二對(duì)蝸桿傳動(dòng)功率不大,速度較低,蝸桿選用40Cr,因希望效率高耐磨性好,故蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度大于45HRC蝸輪選用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1,金屬模鑄造。為節(jié)約貴重的有色金屬僅齒圈用青銅制造而輪芯用灰鑄鐵HT300制造。第三對(duì)蝸桿速度底但傳遞轉(zhuǎn)矩大,故選用20CrMoTi因希望效率高耐磨性好,故蝸桿螺旋齒面要求淬火,硬度大于45HRC。蝸輪用鑄錫青銅ZCuSn10Pb1金屬模鑄造。為節(jié)約貴重有色金屬材料,僅齒圈用青銅制造而輪芯用灰鑄鐵HT300制造。按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),根據(jù)閉式蝸輪蝸桿傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,在校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,由機(jī)械設(shè)計(jì)得傳動(dòng)中心距: (mm)蝸輪轉(zhuǎn)距T2 (Nmm)蝸桿輸入功率P1 P1蝸桿輸入功率 (kw)已知條件 蝸桿傳動(dòng)效率: 蝸桿頭數(shù)Z1 1 2 34總效率 0.7 0.8 0.85 0.9 蝸桿轉(zhuǎn)速n1(rpm),已知條件 蝸桿傳動(dòng)傳動(dòng)比i12及齒數(shù)比u 傳動(dòng)比 i=n1/n2式中n1、n2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速,r/min。 齒數(shù)比 u=Z2/Z1式中Z2為蝸輪的齒數(shù)。 當(dāng)蝸桿為主動(dòng)時(shí),i=n1/n2=Z2/Z1=u 蝸桿頭數(shù)Z1 蝸桿頭數(shù)Z1可根據(jù)要求的傳動(dòng)比和效率來選定。單頭蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比可以較大,但效率較低。如要提高效率,應(yīng)增加蝸桿的頭數(shù)。但蝸桿頭數(shù)過多,又會(huì)給加工帶來困難。所以,通常蝸桿頭數(shù)取為1、2、4、6。 蝸輪齒數(shù)Z2 Z2可根據(jù)傳動(dòng)比來確定。應(yīng)注意:為了避免用蝸輪滾刀切制蝸輪時(shí)產(chǎn)生根切與干涉,理論上應(yīng)使Z2min17.但當(dāng)Z226時(shí),哨合區(qū)要顯著減小,將影響傳動(dòng)的平穩(wěn)性,而在Z230時(shí),則可始終保持有兩對(duì)以上的齒哨合,所以通常規(guī)定Z2大于28。對(duì)于動(dòng)力傳動(dòng),Z2一般不大于80。這是由于當(dāng)蝸輪直徑不變時(shí),Z2越大,模數(shù)就越小,將輪齒的彎曲強(qiáng)度削弱;當(dāng)模數(shù)不變時(shí),蝸輪尺寸將要增大,使相嚙合的蝎桿支承間距加長,這將降低蝸桿的彎曲剛度,容易產(chǎn)生撓曲而影響正常的嚙合。Z1 、Z2的薦用值見表1(具體選擇時(shí)應(yīng)考慮表中的匹配關(guān)系)。當(dāng)用于分度傳動(dòng)時(shí),Z2的選擇可不受限制。 蝸桿數(shù)Z1與蝸輪數(shù)Z2的薦用值 I=Z2/Z1 Z1 Z25 6 2931 715 4 2961 1430 2 2961 2982 1 2982 載荷系數(shù)K K=KAKKV(使用)工作情況系數(shù)KA 使用系數(shù)KA工作類型 載荷性質(zhì) 均勻、無沖擊 不均勻、小沖擊 不均勻、大沖擊 每小時(shí)起動(dòng)次數(shù) 50 起動(dòng)載荷 小 較大 大 KA 1 115 12 齒向載荷分析系數(shù)k 當(dāng)蝸桿在平穩(wěn)載荷下工作時(shí),k=1 當(dāng)蝸桿在載荷變化較大時(shí),k= 1.31.6 動(dòng)載系數(shù)KV 對(duì)精確制造,且蝸輪圓周速度V23m/s時(shí),Kv=1.01.1 V33m/s時(shí),Kv=1.11.2 彈性影響系數(shù)ZE 對(duì)青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對(duì), 圖:圓柱蝸桿傳動(dòng)接觸系數(shù)Z 蝸輪齒面許用接觸應(yīng)力H 當(dāng)蝸輪材料為灰鑄鐵或高強(qiáng)度青銅(B300MPa一時(shí),蝸桿傳動(dòng)的承載能力主要取決于齒面膠合強(qiáng)度。但因目前尚無完善的膠合強(qiáng)度計(jì)算公式,故采用接觸強(qiáng)度計(jì)算是一種條件性計(jì)算,在查取蝸輪齒面的許用接觸應(yīng)力時(shí),要考慮相對(duì)滑動(dòng)速度的大小。由于膠合不屬于疲勞失效, H的值與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N無關(guān),因而可直接從下表中查出許用接觸應(yīng)力的值。 若蝸輪材料為強(qiáng)度極限B300MPa的錫青銅,因蝸輪主要為接觸疲勞失效,故應(yīng)先從下表中查出蝸輪的基本許用接觸應(yīng)力H ,再按HKHNH算出許用接觸應(yīng)力的值。 上面 KHN為接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù),其中,應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N60jn2Lh,此處 n2為 蝸輪轉(zhuǎn)速,rmin;Lh Lh為工作壽命,h;j為蝸輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn),每個(gè)輪齒嚙合的次數(shù)。 灰鑄鐵及鑄鋁鐵青銅蝸輪的許用接觸應(yīng)力H(Mpa)材料 滑動(dòng)速度vs(m/s) 蝸桿 蝸輪 45HRC 鑄錫磷青銅 ZcuSn10P1 沙模鑄造 150 180 金屬模鑄造 220 268 鑄鋅鋅鉛青銅 ZcuSnPb5Zn5 沙漠鑄造 113 135 金屬模鑄造 128 140 注:錫青銅的基本許用接觸應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N=10,000,000時(shí)之值,當(dāng)N10,000,000時(shí),需將表中數(shù)值乘以壽命系數(shù)KHN;當(dāng)N25X10,000,000,取N=25X10,000,000;當(dāng)N=0.4t/min;傾轉(zhuǎn)角度:=75C;壓縮空氣消耗量:4-8m/min;壓縮空氣壓力:0.6MPa;真空度:0.04-0.045MPa;電機(jī)功率:4KW;減速比:電動(dòng)9300;包襯壽命:=1500包次;吸鋁管壽命:=300包次。5主要部分的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核51吊鉤處 已知空包體重約5t,若盛放4t的鋁液,則總重為9t,于是有: =91010N=9N =/2=4.5N d=86mm,其中為吊鉤承受的總重,為吊鉤處的吊柄單邊承受的豎直拉力,為吊柄承受的實(shí)際拉力。AD=532mm, DC=220mm, 由此可知AC=575mm,于是CosDAC=0.924,可得:=4.8N ,又S=3.14(43)m=5.8m可得:P=/S=4810/5.8Pa=8MPa,而b=598MPa,可知約為其75倍,符合安全條件。52吊臂處 由于兩端直接盛重,為總重的一半,即F=4510N, 而面積為:S=3.14(50)m=7.85m可得:P=F/S=4510/7.85Pa=5.7MPa,而b=598MPa,約合105倍,符合安全條件。53吊臂與包體連接處:已知F=4510N,而此處為對(duì)剪切部分的校核,故S=7.85m, 可得:P=F/S=4510/7.85Pa=5.7MPa,而s=300MPa, 約合53倍,符合安全條件。6經(jīng)濟(jì)性分析設(shè)計(jì)某一零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程時(shí),一般可以擬訂出幾種不同的方案,它們都能達(dá)到零件圖上規(guī)定的各項(xiàng)技術(shù)要求,但其生產(chǎn)成本卻不盡相同。對(duì)工藝過程方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,就是要選出既能符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求,又具有較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的最佳工藝方案。另外材料的選擇也很重要,本次設(shè)計(jì)中為提高性能使用了鑄錫磷青銅ZCuSn10P1等比較貴重的材料,提高了經(jīng)濟(jì)成本,但又不能過分追求成本而犧牲產(chǎn)品的質(zhì)量,這就需要設(shè)計(jì)時(shí)權(quán)衡好其中的利弊,材料使用做到適量,在保證質(zhì)量的前提下降低成本。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)總結(jié) 通過近四個(gè)月的畢業(yè)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì),讓我學(xué)到了很多東西,它使我以往所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一個(gè)大的匯總和貫穿,把零碎的知識(shí)進(jìn)行了整合,進(jìn)一步豐富了我的專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能。在這四個(gè)月中,也可以說是對(duì)我個(gè)人的獨(dú)立思考問題、獨(dú)立解決問題能力的一個(gè)考驗(yàn)。因?yàn)楫厴I(yè)設(shè)計(jì)不同于以往的課程設(shè)計(jì),它是我進(jìn)入社會(huì)離開大學(xué)的最后一門課程,因此它的重要性和重要意義就非見一般。畢業(yè)設(shè)計(jì)是一個(gè)大的題目,它關(guān)系到以往所學(xué)知識(shí)的貫穿與匯總,并熟練應(yīng)用,否則難以完成,這也只是一個(gè)因素,并不是主要因素。因?yàn)閷W(xué)好了課本知識(shí)不一定回做好畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目,因?yàn)樗嗽S多東西,它還需要我們上網(wǎng)查閱資料,利用工具書手冊(cè)查閱資料,需要我們多讀、多看、多研究才能出來的結(jié)果。畢業(yè)設(shè)計(jì)不同以往設(shè)計(jì),它是對(duì)我們個(gè)人獨(dú)立能力的考驗(yàn)和挑戰(zhàn),因?yàn)槲覀兗磳⒆呦蛏鐣?huì),走進(jìn)不同的工作崗位,在那里我們沒有老師指導(dǎo),只有自己的努力,因此對(duì)個(gè)人的獨(dú)立能力培養(yǎng)非常重要。以往設(shè)計(jì)是多個(gè)人共同做一個(gè)課題,之間可以相互詢問、借鑒,而畢業(yè)設(shè)計(jì)是一人一題,它需要更多的是自己的個(gè)人努力,而不是多人的共同努力,當(dāng)然我們也離不開老師和同學(xué)的幫忙。在設(shè)計(jì)過程中,我努力去靠自己的努力去克服困難,實(shí)在不明白的地方就問老師和同學(xué),因?yàn)槲蚁M芸孔约旱呐ο热ネ瓿勺约阂鞯模吘宫F(xiàn)在在學(xué)校還可以有老師詢問,當(dāng)走想社會(huì)就基本全靠自己了,所以我想先培養(yǎng)一下自己,鍛煉在先了。通過這次設(shè)計(jì),我貫通以往學(xué)習(xí)的知識(shí),查閱了大量的資料和文獻(xiàn),對(duì)每一個(gè)數(shù)據(jù)和過程都要追究根源,希望能夠明白她的機(jī)理。通過對(duì)材料的選用要考慮起是否滿足設(shè)備需求?是否價(jià)格合理?不能浪費(fèi)材料,盡可能望成本底且滿足要求的方面考慮。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我在學(xué)校的最后一次設(shè)計(jì),也是最有意義的設(shè)計(jì),它給了我許多的挑戰(zhàn)。它會(huì)讓我在今后工作中有一個(gè)好的工作態(tài)度,用耐心和恒心去作好每一件事情!在這次課畢業(yè)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中,我做了一次全面、較規(guī)范的設(shè)計(jì),較全面地溫習(xí)了以前所學(xué)過的知識(shí),用理論聯(lián)系實(shí)際并結(jié)合機(jī)械設(shè)計(jì)課程和生產(chǎn)實(shí)際分析和解決實(shí)際問題,鞏固、加深和擴(kuò)展了有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。尤其重要的是讓我們養(yǎng)成了科學(xué)的習(xí)慣,在設(shè)計(jì)過程中一定要注意掌握設(shè)計(jì)進(jìn)度,按預(yù)定計(jì)劃完成階段性的目標(biāo),在圖的設(shè)計(jì)階段,注意設(shè)計(jì)計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畫圖交替進(jìn)行,采用正確的設(shè)計(jì)方法。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中注意對(duì)設(shè)計(jì)資料和計(jì)算數(shù)據(jù)的保存和積累,保持記錄的完整性。在課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐中進(jìn)行了設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練,掌握了查閱和使用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊(cè)、圖冊(cè)、及相關(guān)技術(shù)資料的基本技能以及計(jì)算、繪圖、數(shù)據(jù)處理等方面的能力。通過對(duì)通用機(jī)械零件、常用機(jī)械傳動(dòng)或簡單機(jī)械的設(shè)計(jì),掌握了一般機(jī)械設(shè)計(jì)的程序和方法,有助于樹立正確的工程設(shè)計(jì)思想,培養(yǎng)獨(dú)立、全面、科學(xué)的工程設(shè)計(jì)能力,為將來工作打好基礎(chǔ)。提高了我們的動(dòng)手能力,對(duì)于以后我們的發(fā)展與工作來說,都可以看作一筆不小的財(cái)富,前面還有很多需要我們?nèi)L試去探索去研究。中原工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)致謝在論文完成之際,我首先要感謝我的指導(dǎo)老師王瑋老師。在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間,給予我極大的幫助。本論文的課題研究是在王瑋老師的悉心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的,從課題的選擇、方案的確定到論文的撰寫,王瑋老師及本組同學(xué)都給予了我極大的幫助和支持。在此,謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師王瑋老師和幫助我的同學(xué)表示最衷心的感謝!同時(shí),向大學(xué)四年期間所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)表示由衷的感謝,我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)與大家的關(guān)心幫助是分不開的,感謝所有支持我的人。參考文獻(xiàn)1.濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)。北京M:高等教育出版社,2001.2.劉鴻文,材料力學(xué)M。北京:人民教育出版社,1985。3.韓向東,機(jī)械工程力學(xué)M。北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002。4.聯(lián)合編寫組,機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(上中下)S。北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988。5.聯(lián)合編寫組,機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(1-5卷)S,。北京。機(jī)械工業(yè)出版社,1998。6.朱龍根,黃雨華。機(jī)械設(shè)計(jì)系統(tǒng)M。北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992。7.徐灝等,新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)M。北京:機(jī)械設(shè)計(jì)出版社,1995。8. 王連明,機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)。哈爾濱;哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社 2004。9. 郁明山,現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè)S。北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.510.Homer D.Eckhardc,Kinematic Design of Machines and MechanismsM,Beijing:McGrao-Hill companies.Inc&China Machine Press,2002.11.Rober L. 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